Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob 1

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1 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob 1 Inhaltsverzeichnis: 1 Rechnen in der Chemie - wozu? 1.1 Aussagen einer Reaktionsgleichung - wieviel? 2 1.2, Wert und Einheit - gefährliche Schlamperei! n - Proportionalität 4 2 Aufgaben 2.1 Einfaches Konstruktionsschema Zwei mögliche Lösungswege 6 Zusätzlich zu diesem Arbeitsheft benötigte Materialien: - immer mit zu bringen: 1. Das Schulheft zum Aufschreiben der Lösungen zu bestimmten Übungsaufgaben 2. Das Schulbuch für ergänzende Informationen - als Ergänzung für zu Hause: 3. Internet-Quellen, Übersicht dazu auf: 4. Arbeitshefte Ionenbindung, Elektronenpaarbindung (für weitere Beispiele) Aufgabenstellung (Text) Lösung Gegeben (geg.): Gesucht (ges.): (Stoff A/Teilchen A) = Wert [Einheit] (Stoff B/Teilchen B) = Wert [Einheit] (Stoff C/Teilchen C) = Wert [Einheit] Rechenweg: 1. Allgemeine Gleichung in der Grundform 2. Einsetzen der n, also hier noch nicht der Werte! 3. Umformen/Auflösen 4. Einsetzen der Werte 5. Errechnen des Ergebnisses, Angabe mit und Wert! Antwortsatz: Antwortsatz zum Ergebnis mit und Wert!

2 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob 2 1 Rechnen in der Chemie - wozu? 1.1 Aussagen einer Reaktionsgleichung - wieviel? 1. Blättere zurück im Arbeitsheft Ionenbindung in Salzen S. 3, Kap. 1.2 Besser: Unter Berücksichtigung von Teilchentyp und Struktur und ergänze alle Koeffizienten (also auch "1") in folgender Reaktionsgleichung: Na + Cl 2 NaCl 2. Ergänze nun die folgenden Aussagen: Das Verhältnis der Teilchenzahl der Natriumatome zur Teilchenzahl der Chlormoleküle ist Natriumatome) zu (entspricht dem Koeffizienten der Chlormoleküle). (entspricht dem Koeffizienten der Das Verhältnis der Teilchenzahl der Natriumatome zur Zahl der Verhältnisformeleinheiten von Natriumchlorid ist (entspricht dem Koeffizienten der Natriumatome) zu (entspricht dem Koeffizienten der Natriumchlorid-Verhältnisformeleinheiten). 3. Ergänze den folgenden Merksatz und übernehme ihn ins Schulheft: Das Verhältnis der Koeffizienten entspricht dem Verhältnis der. 4. Blättere zurück im Arbeitsheft Elektronenpaarbindung in molekularen Stoffen S. 4, Kap. 1.3 Besser: Unter Berücksichtigung von Teilchentyp und Struktur und ergänze die Koeffizienten in folgender Reaktionsgleichung: H 2 + O 2 H 2 O 5. Ergänze nun die folgenden Aussagen: Das Verhältnis der Teilchenzahl der Wasserstoffmoleküle zur Teilchenzahl der Sauestoffmoleküle ist der Wasserstoffmoleküle) zu (entspricht dem Koeffizienten der Sauerstoffmoleküle). (entspricht dem Koeffizienten Das Verhältnis der Teilchenzahl der Wasserstoffmoleküle zur Teilchenzahl der Wassermoleküle ist (entspricht dem Koeffizienten der Wasserstoffmoleküle) zu (entspricht dem Koeffizienten der Wassermoleküle), gekürzt also zu. Das Verhältnis der Teilchenzahl der Sauerstoffmoleküle zur Teilchenzahl der Wassermoleküle ist (entspricht dem Koeffizienten der Sauerstoffmoleküle) zu (entspricht dem Koeffizienten der Wassermoleküle). 6. Formuliere alle oben angegebenen Koeffizientenverhältnisse als mathematische Formelgleichungen.

3 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob 3 1 Rechnen in der Chemie - wozu? 1.2, Wert und Einheit - gefährliche Schlamperei! 1. Leider werden die Begriffe "", "Wert" und "Einheit" in der Umgangssprache häufig nicht deutlich voneinander unterschieden. Ergänze mit Hilfe des Schulbuchs und Deines Grundwissens aus der Physik die Lücken in folgender Tabelle: Einsatzzweck n- Symbol Einheit Bedeutung Auf Stoffebene messbar Masse Volumen Feststoffe, Flüssigkeiten Gase, Flüssigkeiten Reaktionsenergie KJ (aus Temperaturdifferenz) Auf Teilchenebene errechenbar Teilchenzahl Stoffmenge Sehr groß, daher unhandlich Zahl der Teilchen in Mol (Vgl. S. 4 Kap. 1.3 Proportionalität) Umrechnungen Dichte r - Verknüpfung von Masse und Volumen Avogadrozahl N A Zahl der Teilchen in einem Mol: Wert ist 6,022 x10 23 konstant - Verknüfpung von Teilchenzahl und Stoffmenge Masse M Masse von einem Mol: Massenzahl s. PSE - Verknüpfung von Masse und Stoffmenge s Volumen V M Volumen eines Gases: Wert ist 22,4 konstant - Verknüpfung von Volumen und Stoffmenge Stoffmengenkonzentration c Stoffmenge eines gelösten Stoffes in einer Lösung - Verknüpfung von Stoffmenge und Volumen Reaktionsenergie DH M KJ /mol Reaktionsenergie von einem Mol - Verknüpfung von Reaktionsenergie und Stoffmenge 2. Schreibe ins Schulheft jeweils die ausführliche Formulierung nach dem Schema: Die () von (Stoff) ist (Wert) (Einheit). n-symbol m V N n r N A M V m c Stoff KBr HBr Br 2 Br 2 H 2 O alle NaCl alle gasförmigen NaCl-Lösung Wert ,11 x ,022 x ,4 0,5 Einheit g l - mol g / l 1 / mol g / mol l / mol mol / l

4 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob 4 1 Rechnen in der Chemie - wozu? 1.3 n - Proportionalität Information: Ist das wirklich so einfach? Wenn Du im Supermarkt fünf Orangen mit einem Gewicht von jeweils 200 Gramm in eine Tüte legst und diese wiegst, wird die Waage einen Wert von etwa 1000 Gramm anzeigen. Nimmst Du nun nochmals fünf Orangen in einer zweiten Tüte und wiegst beide Tüten gemeinsam, wird die Waage nun 2000 Gramm anzeigen. Legst Du stattdessen zu den fünf Orangen in der ersten Tüte noch zehn Zitronen mit einem Gewicht von je 100 Gramm dazu, zeigt die Waage für diesen Tüteninhalt alleine einen Wert von 2000 Gramm an. Was hat das jetzt mit Rechnen in der Chemie zu tun? - Jedes Teilchen hat eine bestimmte Masse, die erhalten bleibt. - Die Masse ist proportional zur Anzahl der Teilchen. - Der einzige Unterschied ist, dass es viel zu viele Teilchen gibt (bzw. dass diese viel zu klein sind) und man sie daher nicht direkt einzeln wiegen kann. Lösung: Einführung der zentralen "Stoffmenge", die zur Teilchenzahl proportional ist. Schema 1: Umrechnungsgrößen und Proportionalität N 1 1 V Proportionalitätsfaktor 1 N A V M 1 n 1 M m DH M DH = Stoffmenge Schema 2: Umformen leicht gemacht: Stoffmenge n n Stoffmenge n Masse M Masse m s Volumen V M Volumen V Avogadrozahl N A Teilchenzahl N (meist nur errechenbar) molare Stoffmenge Reaktionsenergie DH M Reaktionsenergie DH (aus der Reaktionswärme errechenbar) = Stoffmenge Stoffmenge =

5 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob Einfaches Konstruktionsschema - Für nur einen Stoff: geg.: Typ A: (Stoff), ges: Stoffmenge oder Typ B: geg.: Stoffmenge, ges.: (Stoff) - Für einfache Salzbildungs-, Molekülbildungs- oder Zersetzungsreaktionen: (Ausgangsstoff 1) (Ausgangsstoff 2) (Endstoff) Typ C geg. ges. - Typ D geg. 1 oder 2 ges. Typ E ges. 1 oder 2 geg. - Für Redoxreaktionen und Säure-Base-Reaktionen: (Ausgangsstoff 1) (Ausgangsstoff 2) (Endstoff 1) (Endstoff 2) Typ C (wie oben) geg. ges. - - Typ D (wie oben) geg. 1 oder 2 ges. 1 oder 2 Typ E (wie oben) ges. 1 oder 2 geg. 1 oder 2 Typ F - - geg. ges. Erstelle im Schulheft die Summenformeln bzw. die Reaktionsgleichungen und ordne für jede der folgenden Aufgaben den entsprechenden Aufgabentyp A bis F zu: 1 Wie viele Teilchen enthalten 1 Liter Wasser? 2 Wie viel Gramm wiegen 5 Mol Kupfer? 3 Wie viele Mol Sauerstoff werden mit einem Atemzug in einem halben Liter Luft aufgenommen? (O 2 -Gehalt: 21%) 4 Wie viel Liter Schwefeldioxid (SO 2 ) erhält man aus 50 Gramm Schwefel, mit einem Überschuss an Sauerstoff? 5 Wie viel Gramm elementares Silber erhält man bei der Zersetzung von 150 Gramm Silber(I)-sulfid? 6 Wie viel Gramm Zink und wie viel Gramm Schwefel sind zur Bildung von 5 Gramm Zinksulfid nötig? 7 Wie viel Gramm Zink bzw. wie viel Liter Sauerstoff benötigt man, um 1 Kilogramm Zink(II)-oxid herzustellen? 8 Wie viel Gramm Aluminium(III)-oxid kann man maximal aus 150 Gramm Aluminium herstellen? 9 Wie viel Gramm Wasser entstehen in unserem Körper, wenn 40 Gramm Alkohol (C 2 H 6 O) mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut werden? 10 Beim Erhitzen von Kaliumnitrat KNO 3 entstehen Kaliunitrit KNO 2 und Sauerstoff. Wie viel Liter Sauerstoff erhält man aus 7 Gramm Kaliumnitrat?

6 Arbeitsheft Quantitative Aspekte Jakob Zwei mögliche Lösungswege Für den Rechenweg gibt es bei Schritt 3 "Umformen" zwei mögliche Wege (Beispiel Typ D): - Beide Wege: gegebene - Stoffmenge - Stoffmengenverhältnis (Koeffizienten!) - gesuchte - Weg 1: Schritt 1: Formelgleichung für Ausgangsstoff 1 => Stoffmenge (Ausgangsstoff 1) Schritt 2: Koeffizientenverhältnis-Gleichung von Ausgangsstoff 1 und Endstoff => Stoffmenge (Endstoff) Schritt 3: Formelgeichung für Endstoff => gesuchte (Endstoff) Vorteil: - "sinnvoller", da die Einzelrechnungen übersichtlicher bleiben und der Weg der Teilchen gedanklich nachvollzogen werden kann. Nachteil: - länger und somit mehr Flüchtigkeitsfehlerquellen und höherer Zeit- und Platzbedarf, längere Schreibzeit Geeignet für: - Mathematisch schwächere, aber dafür sorgäfltigere Schüler - Weg 2: Schritt 1: Formelgleichung für Ausgangsstoff 1 und Formelgleichung für Endstoff beide direkt in Koeffizientenverhältnis-Gleichung einsetzen => gesuchte (Endstoff) Vorteil: - schneller, effizienter, offizieller Weg z. B. für Chemie-Laboranten Nachteil: - mathematisch anspruchsvoller und somit sind eventuelle Verständnisfehler nachträglich schwerer zu erkennen Geeignet für: - mathematisch begabte aber ansonsten "denkfaule" Schüler Löse die Aufgaben 1 bis 10 von S. 5 im Schulheft ausführlich gemäß dem auf der Seite des Inhaltsverzeichnisses angegebenen Schemas (S. 1) je einmal auf dem Weg 1 und dem Weg 2. Hinweis: Bei den Aufgabentypen A und B gibt es natürlich keinen Unterschied! Wähle in Leistungserhebungen stets den von Deinem Lehrer vorgegebenen (Rechen-)Weg, um eventuellen Punktabzug zu vermeiden! Hinweis: Aufgaben zur Stoffmengenkonzentration spielen später in den Kapiteln Säure-Base-Reaktionen und Redoxreaktionen eine wichtige Rolle.

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